分享一篇发表在JACS上的文章，题目为“Identification of a Highly Cooperative PROTAC Degrader Targeting  GTP-Loaded KRAS(On) Alleles”。通讯作者是来自邓迪大学的Alessio Ciulli和Kirsten McAulay 教授以及勃林格殷格翰Peter Ettmayer。他们主要的研究侧重于PROTAC的作用机制、三元复合物结构及E3连接酶的基础研究。

KRAS是癌症中最常突变的致癌基因之一，在胰腺癌、结直肠癌和非小细胞肺癌中尤为常见。它作为一种分子开关，在GTP结合的“活化”状态 和GDP结合的“失活”状态 之间循环，从而调控细胞生长信号。

大多数致癌突变（如G12、G13、Q61）会损害KRAS的水解GTP能力，导致其滞留在持续活化的 KRAS(on) 状态，驱动不受控制的肿瘤生长。长期以来，KRAS被认为是“不可成药”的。直到最近，靶向KRASG12C突变（主要存在于失活状态）的共价抑制剂才取得临床突破。然而，这仅覆盖了一小部分患者。其他常见的突变，如G12D、G12V，以及更偏向于活化状态的G12R、Q61K、Q61L、Q61R等，仍然缺乏有效的治疗手段。特别是KRASG12R，占所有KRAS突变的约5%，是胰腺癌中的常见亚型，对现有G12C抑制剂不敏感。与之前主要针对特定突变（如G12C或G12D）的KRAS降解剂不同，本研究旨在靶向KRAS的活化状态本身。理论上，这可以覆盖所有因滞留在GTP结合状态而致癌的KRAS突变体，实现真正的“状态选择性”降解。

团队此前已开发出pan-KRAS降解剂ACBI3，它能有效降解13种常见KRAS突变，但对G12R、Q61K、Q61L和Q61R这四种偏向活化状态的突变效果甚微。根本原因在于ACB13及其类似物1，与GDP-KRAS的结合远优于与GTP-KRAS的结合。

在化合物3的基础上，团队通过连接子刚化等策略，进一步合成了化合物4。随后，他们将4的四个非对映异构体分离，并惊喜地发现其中一个异构体ACB14表现出了极其卓越的特性。

通过高分辨率X射线晶体学，团队成功解析了ACBI4与KRASG12R-GCP及VHL形成的三元复合物结构。结构分析表明，ACBI4的整体结合模式与此前类似物相同，但其精确的立体化学构型及其与连接子的刚性，是形成异常稳定相互作用界面的关键，这从结构基础上解释了其超凡的协同性与稳定性。

ACBI4展现出卓越的分子特性，其与KRASG12D-GCP形成的三元复合物半衰期长达3283秒，且解离常数达0.9 nM，显示出极高的亲和力。更引人注目的是其协同性因子高达143，意味着在VHL和KRAS共存时，ACB14作为”分子胶水”的结合效能提升逾百倍，极大促进三元复合物形成。在细胞层面，ACBI4在KRASG12R突变的Cal-62细胞中表现出强大降解活性和抗增殖效果，成功降解ACB13无效的KRAS(on)突变体（包括G12R、Q61K/L/R）。作用机制验证确认其通过VHL-蛋白酶体途径发挥作用，而全细胞蛋白质组学分析更显示其对KRAS的高度选择性，仅在极高浓度下才对HRAS/NRAS产生微弱影响，展现出优异的治疗窗口。

总之，这项研究不仅提供了一个强大的化学探针来探索KRAS(on)的生物学功能，更通过实践证明了通过优化PROTAC三元复合物的协同性与稳定性，可以克服靶点结合力弱的限制，从而将“不可成药”的靶点状态变为“可降解”的，为开发针对更广泛KRAS突变癌症的疗法开辟了全新路径。

本文作者：CZH

责任编辑：LYC

DOI：10.1021/jacs.5c10354

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c10354